МІТОТИЧНЕ ВЕРЕТЕНО: БУДОВА, ФОРМУВАННЯ, ФУНКЦІЯ ТА ЕВОЛЮЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Митотический або ахроматичний шпиндель , також згадується як митотический техніки, є стільниковою структурою, що складаються з мікротрубочок білкової природи, які утворюються в ході клітинного ділення (мітоз і мейоз).

Термін ахроматичний позначає той факт, що він не забарвлюється барвниками орцеїну А або В. Веретено бере участь у рівномірному розподілі генетичного матеріалу між двома дочірніми клітинами внаслідок ділення клітин.

Рисунок 1. Підсумок процесу сепарації сестринських хроматид ахроматичним або мітотичним веретеном. Джерело: Автор Silvia3, з Wikimedia Commons

Поділ клітин - це процес, при якому з зиготи утворюються як гамети, що є мейотичними клітинами, так і соматичні клітини, необхідні для росту та розвитку організму.

Перехід між двома послідовними поділами становить клітинний цикл, тривалість якого сильно змінюється залежно від типу клітини та подразників, яким вона піддається.

Під час мітозу еукаріотичної клітини (клітини, яка має справжнє ядро ​​та мембрано-обмежені органели), відбувається декілька фаз: S фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза та інтерфейс.

Хромосоми спочатку конденсуються, утворюючи два однакових нитки, що називаються хроматидами. Кожна хроматида містить одну з двох генерованих раніше молекул ДНК, пов'язаних між собою областю, що називається центромером, яка відіграє фундаментальну роль у процесі міграції до полюсів до поділу клітин.

Мітотичний поділ відбувається протягом усього життя організму. Підраховано, що за життя людини в організмі відбувається близько 10 ¹⁷ поділів клітин. Мейотичний поділ відбувається в клітинах, що продукують гамети, або статевих клітинах.

Будова та формування

Зв'язок з цитоскелетом

Ахроматичне веретено вважається поздовжньою системою білкових мікрофібрил або клітинних мікротрубочок. Він утворюється в момент поділу клітин, між хромосомними центромерами і центросомами на полюсах клітин, і пов'язаний з міграцією хромосом для генерації дочірніх клітин з однаковою кількістю генетичної інформації.

Центросома - це область, де мікротрубочки походять як із ахроматичного веретена, так і з цитоскелету. Ці веретенові мікротрубочки складаються з тубулінових димерів, які запозичені з цитоскелету.

На початку мітозу мікротубулярна мережа цитоскелету клітини розшаровується і утворюється ахроматичне веретено. Після того, як відбувається поділ клітин, веретено дезартикулює і мікротрубочна мережа цитоскелету реорганізується, повертаючи клітину у стан спокою.

Важливо диференціювати, що в мітотичному апараті є три типи мікротрубочок: два типи веретенових мікротрубочок (кінетохоре та полярні мікротрубочки) та один тип мікротрубочок айстри (астральні мікротрубочки).

Двостороння симетрія ахроматичного веретена обумовлена ​​взаємодією, яка тримає дві його половинки разом. Ці взаємодії: або бічні, між перекриваються позитивними кінцями полярних мікротрубочок; або вони є кінцевими взаємодіями між мікротрубочками кінетохору та кінетохором сестринських хроматид.

Клітинний цикл і ахроматичне веретено: S фаза, профаза, променефаза, метафаза, анафаза, телофаза та інтерфейс.

Реплікація ДНК відбувається під час S фази клітинного циклу, тоді під час профази відбувається міграція центросом у бік протилежних полюсів клітини, і хромосоми також конденсуються.

Прометафаза

У прометафазі відбувається утворення мітотичної машини завдяки складанню мікротрубочок та проникненню їх у ядро. Породжуються сестринські хроматиди, пов'язані центромерами, і вони, у свою чергу, зв'язуються з мікротрубочками.

Метафаза

Під час метафази хромосоми вирівнюються в екваторіальній площині клітини. Веретено організоване в центральне мітотичне веретено і пару айстр.

Кожна айстра складається з мікротрубочок, розташованих у формі зірки, які простягаються від центросом до кори клітини. Ці астральні мікротрубочки не взаємодіють з хромосомами.

Потім говориться, що айстра випромінюється від центросоми до кори клітини і бере участь як у розташуванні всього мітотичного апарату, так і у визначенні площини поділу клітин під час цитокінезу.

Анафаза

Пізніше, під час анафази, мікротрубочки ахроматичного веретена кріпляться на позитивному кінці до хромосом через їх кінетохори та на негативному кінці до центросоми.

Відбувається поділ сестринських хроматид на незалежні хромосоми. Кожна хромосома, приєднана до мікротрубочки кінетохоре, переміщується до клітинного полюса. Одночасно відбувається поділ клітинних полюсів.

Телофаза та цитокінез

Нарешті, під час телофази та цитокінезу ядерні мембрани утворюються навколо дочірніх ядер, а хромосоми втрачають конденсований вигляд.

Мітотичне веретено зникає, коли мікротрубочки деполімеризуються і відбувається поділ клітин, що надходить до інтерфейсу.

Механізм хромосомної міграції

Механізм, що бере участь у міграції хромосом до полюсів і подальшому відділенню полюсів один від одного, точно не відомий; Відомо, що в цьому процесі беруть участь взаємодії між кінетохором і мікротрубочкою прикріпленого до нього веретена.

Коли кожна хромосома мігрує до відповідного полюса, відбувається деполімеризація приєднаної мікротрубочки або кінетохорної мікротрубочки. Вважається, що ця деполімеризація може генерувати пасивний рух хромосоми, прикріпленої до мікротрубочки веретена.

Вважається також, що можуть бути й інші рухові білки, пов’язані з кінетохором, в яких використовувалася б енергія від гідролізу АТФ.

Ця енергія послужила б для руху міграції хромосоми вздовж мікротрубочки до її кінця, званої "менше", де розташована центросома.

В унісон може статися деполімеризація кінця мікротрубочки, яка зв’язується з кінетохором, або «плюс» кінцем, що також сприяло б руху хромосоми.

Функція

Ахроматичне або мітотичне веретено - це клітинна структура, яка виконує функцію закріплення хромосом через їх кінетохори, вирівнюючи їх з екватором клітини і, нарешті, направляючи міграцію хроматид до протилежних полюсів клітини до їх поділу, дозволяючи розподілити вирівнювання генетичного матеріалу між двома отриманими дочірніми клітинами.

Якщо в цьому процесі виникають помилки, утворюється недолік або надлишок хромосом, що перетворюється на аномальні закономірності розвитку (виникають під час ембріогенезу) та різні патології (виникають після народження особи).

Інші функції для перевірки

Еволюційно він був обраний як надмірний механізм, в якому кожен крок здійснюється руховими білками мікротрубочок.

Вважається, що еволюційне придбання мікротрубочок було зумовлене процесом ендосимбіозу, при якому еукаріотична клітина поглинала із середовища прокаріотичну клітину, яка виявляла ці ахроматичні веретеноподібні структури. Все це могло статися до початку мітозу.

Ця гіпотеза дозволяє припустити, що білкові структури мікротрубочок могли спочатку виконувати рушійну функцію. Потім, коли вони стали частиною нового організму, мікротрубочки становлять цитоскелет, а пізніше мітотичну техніку.

В еволюційній історії були різні варіанти основної схеми поділу еукаріотичних клітин. Поділ клітин представляв лише деякі фази клітинного циклу, що є основним процесом.

Список літератури

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA та Wiedemann, CG (2003). Клітинна біологія, короткий курс. Друге видання. С. 535. Вілі-Лісс. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC та Goodwin, SF (2016). Успіхи в генетиці. Перше видання. Elsevier Academic Press. С. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Хартвелл, Л., Голдберг, М. Л., Фішер, Дж. Та Гуд, Л. (2017). Генетика: від генів до геномів. Шосте видання. McGraw-Hill. С. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Виділення та біохімічна характеристика мітотичного апарату діючих клітин. Праці Національної академії наук, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Ю., Х. (2017). Комунікаційна генетика: візуалізації та уявлення. Palgrave Macmillan, Великобританія. Перше видання. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4